GPSRTK在公路測(cè)量中的應(yīng)用

1、測(cè)繪與地理信息技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文GPS-RTK在公路測(cè)量中的應(yīng)用 XXX指導(dǎo)教師姓名及職稱 許輝熙（副教授） 敬小東 (講師)論文提交日期 教學(xué)第六周 論文答辯日期 教學(xué)第八周 二零一四年四月GPS-RTK技術(shù)在公路測(cè)量中應(yīng)用摘 要本文描述GPS-RTK術(shù)的組成、功能及前景。同時(shí)介紹了GPS技術(shù)與RTK技術(shù)的發(fā)展由來。針對(duì)RTK技術(shù)在公路上的應(yīng)用說明了該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及在測(cè)量中因一些外力因素而影響結(jié)果的重要事項(xiàng)。同時(shí)也介紹了RTK技術(shù)在公路上的應(yīng)用情況和涉及到得原理方法。關(guān)鍵詞：GPS系統(tǒng) RTK技術(shù) 公路測(cè)量應(yīng)用Application of GPS- RTK technology

2、0;in Highway SurveyAbstract This article describes the composition of the GPS - RTK technique, function and prospect. Also tells the story of GPS technology and the development of RTK technology. For the application of RTK technology in highway shows the advantages of the technique and by some exter

3、nal force factors effect on the measurement results of important matters. At the same time this paper expounds the application of RTK technology in highway and involves the principle of the method.Keywords: GPS system RTK Technology Application of Highway Survey引言GPS在近幾年來發(fā)展比較迅速，它在各種控制測(cè)量、地理測(cè)圖、工程

4、選線及工程放樣中應(yīng)用廣泛，與常規(guī)儀器相比明顯提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。傳統(tǒng)公路勘測(cè)辛苦而且繁雜，存在勘測(cè)周期長，工作效率低等諸多問題。而RTK技術(shù)的成熟及普及，減輕了工程勘測(cè)的工作量，提高了公路勘測(cè)效率和勘測(cè)精度。為公路勘測(cè)技術(shù)騰飛奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)。1 GPS技術(shù)與RTK技術(shù)的發(fā)展由來1.1GPS概述GPS是全球定位系統(tǒng)（global positioning system）的英文縮寫，是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位測(cè)量時(shí)利用GPS系統(tǒng)解決大地測(cè)量問題的一項(xiàng)空間技術(shù)。其中GPS全球定位系統(tǒng)由三大部分組成；(1) 地面控制部分，由主控站(負(fù)責(zé)管理

5、、協(xié)調(diào)整個(gè)地面控制系統(tǒng)的 工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測(cè)站(數(shù)據(jù)自動(dòng)收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數(shù)據(jù)傳輸)組成；(2)空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)道平面上；(3) 用戶裝置部分， 主要由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。圖1-1 GPS組成圖1.2 RTK技術(shù)RTK技術(shù)又稱載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)值的差分方法，是以空間大地坐標(biāo)（wgs-84）為實(shí)時(shí)觀測(cè)的數(shù)據(jù)源，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在RTK的作業(yè)模式下通過數(shù)據(jù)鏈在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值，實(shí)時(shí)處理流動(dòng)站觀測(cè)值及由基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)傳送給流動(dòng)站的指定坐標(biāo)系統(tǒng)下的高精度定位結(jié)果的一個(gè)測(cè)

6、繪系統(tǒng)。RTK系統(tǒng)的組成：基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、觀測(cè)手簿等三部分組成.目前，全球現(xiàn)有美國GPS全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯全球定位系統(tǒng)、歐洲伽利略全球定位系統(tǒng)、我國北斗星全球定位系統(tǒng)。這四大全球定位系統(tǒng)中要數(shù)GPS開發(fā)最早，應(yīng)用更為成熟。其具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。根據(jù)算法模型，設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要應(yīng)用于地殼變形觀測(cè)、國家大地測(cè)量、大壩的變形觀測(cè)等高精度測(cè)量；快速靜態(tài)測(cè)量以其高效的作業(yè)效率與厘米級(jí)精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測(cè)量；而RTK 系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備

7、來組成，整套設(shè)備具有輕量化、操作簡便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級(jí)精度等方面的特點(diǎn)，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。圖1-2 GPS-RTK測(cè)量圖2RTK測(cè)量技術(shù)說明2.1傳統(tǒng)測(cè)量與RTK測(cè)量技術(shù)的比較2.1.1各種控制測(cè)量 傳統(tǒng)的大地測(cè)量、工程控制測(cè)量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來施測(cè)，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)方法，在外業(yè)測(cè)設(shè)過程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度，如果測(cè)設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測(cè)，而采用RTK來進(jìn)行控制測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測(cè)了，而且知道觀測(cè)質(zhì)

8、量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。若把RTK用于公路控制測(cè)量則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作效率，測(cè)一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。2.1.2地形測(cè)圖 過去測(cè)地形圖時(shí)一般首先要在測(cè)區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測(cè)圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測(cè)圖軟件來進(jìn)行測(cè)圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測(cè)圖等等，都要求在測(cè)站上測(cè)四周的地形地貌等碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)都與測(cè)站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時(shí)一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測(cè)?，F(xiàn)在采用RTK時(shí)，僅需一人背著儀器在要測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)呆上

9、幾秒鐘，并同時(shí)輸入特征編碼，通過手簿可以實(shí)時(shí)知道點(diǎn)位精度，把一個(gè)區(qū)域測(cè)完后回到室內(nèi)，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖。 2.1.3放樣 放樣是測(cè)量一個(gè)應(yīng)用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位在實(shí)地給標(biāo)定出來，過去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會(huì)放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，往往需要來回移動(dòng)目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時(shí)在放樣過程中還要求點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時(shí)放樣中遇到困難的情況會(huì)借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，背著GPS接收機(jī)，它會(huì)提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置

10、，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會(huì)大大提高，且只需一個(gè)人操作。2.2 RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.2.1工作效率高在一般的地形地勢(shì)下, 高質(zhì)量的RTK 設(shè)站一次即可測(cè)量完4km 半徑的測(cè)區(qū), 大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量儀器的設(shè)站次數(shù), 移動(dòng)站一人操作即可, 勞動(dòng)強(qiáng)度底, 作業(yè)速度快, 提高了工作效率。2.2.2定位精度高。 只要滿足RTK 的基本工作條件, 在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)( 一般為4km) , RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到cm級(jí)。2.2.3全天候作業(yè)。RTK 測(cè)量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視, 只要求滿足“電

11、磁波”通視, 因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比,RTK 測(cè)量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小, 在傳統(tǒng)測(cè)量看來難于開展作業(yè)的地區(qū), 只要能滿足RTK 的基本工作條件, 它也能進(jìn)行快速高精度定位, 使測(cè)量工作變得更容易更輕松。2.2.4 RTK 測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高, 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。RTK 可進(jìn)行多種測(cè)量內(nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng), 無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能, 減少了輔助測(cè)量工作和人為誤差, 保證了作業(yè)精度。2.3影響RTK 成果精度的因素一般來說, 影響RTK 成果精度的因素主要是GPS 觀測(cè)其有誤差源, 除此之外, 還有受基線解算精度、基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)

12、換精度的影響, 但是在RTK 作業(yè)中, 基線解算精度可以達(dá)到10cm+1mD; 基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度平均在3cm 之內(nèi); 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度, 對(duì)于10km 基線亦在3cm以內(nèi), 動(dòng)態(tài)作業(yè)由于測(cè)距偏心, 天線高誤差等, 一般也在3cm 以內(nèi), 至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于連測(cè)點(diǎn)數(shù)目與分布、擬合模型等, 一般在5cm10cm內(nèi)是能夠做到的。3RTK技術(shù)的應(yīng)用情況 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣等前端數(shù)據(jù)采集。 3.1快速靜態(tài)定位模式 要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和

13、衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測(cè)量方法(如全站儀測(cè)量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK技術(shù)可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。 3.2動(dòng)態(tài)定位 測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘(有的儀器只需210s)進(jìn)行初始化工作，之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同

14、基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。測(cè)量24s，精度就可以達(dá)到13cm，且整個(gè)測(cè)量過程不需通視，有著常規(guī)測(cè)量儀器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。3.3 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 在使用GPS放線中，首先應(yīng)確立整個(gè)作業(yè)空間的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，例如在一次放樣中，我們確立了作業(yè)空間的基準(zhǔn)點(diǎn)，K1 3441199.711，499239.420；K2 3440755.082，499313.743。然后以此為以后作業(yè)的坐標(biāo)基點(diǎn)，再得到基點(diǎn)后，我們繼而開始GPS測(cè)量，在作業(yè)

15、區(qū)域內(nèi)，以基點(diǎn)開始，做點(diǎn)校正，在校正后參數(shù)值在允許誤差內(nèi)，則開始測(cè)量，繼而得到整個(gè)作業(yè)區(qū)域圖（圖1-1） 圖3-1 作業(yè)區(qū)道路圖在作業(yè)區(qū)域中，開始采集出需要放線的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)表3-1 作業(yè)區(qū)放樣坐標(biāo)表點(diǎn)號(hào)北坐標(biāo)東坐標(biāo)13441272.4892499178.022023441272.4892499183.022033441272.4892499193.022043441272.4892499198.022053441272.4892499203.022063441272.4892499208.022073441272.4892499213.022083441272.4892499218.0220

16、93441272.4892499223.0220103441272.4892499178.0220在GPS手簿中，輸入已得到的放樣坐標(biāo)，則前往目標(biāo)區(qū)域，以每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)位目標(biāo)，當(dāng)靠近目標(biāo)點(diǎn)的時(shí)候，手簿則會(huì)提示已無限靠近目標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)確定在目標(biāo)地上的時(shí)候，則做標(biāo)示，同時(shí)手簿也做測(cè)量，當(dāng)把所有坐標(biāo)放樣后，手簿中則出現(xiàn)放樣的大概圖形可以大致比較是否與圖紙一樣，之前數(shù)據(jù)放樣圖如下圖3-2 作業(yè)區(qū)放樣設(shè)計(jì)圖3.4 GPS-RTK施工總結(jié)運(yùn)用RTK進(jìn)行道路放樣，有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)在滿足測(cè)量要求的情況下極大的提高了工作效率，傳統(tǒng)的運(yùn)用全站儀放線，每天最多1km，而運(yùn)用RTK每天可放線2km多；(2)針對(duì)曲線道路放

17、線及道路變更放線更加便捷；(3)全天候處于工作狀態(tài)，促進(jìn)工程進(jìn)度；(4)節(jié)省人力成本，傳統(tǒng)上要求至少4名測(cè)量人員而運(yùn)用RTK測(cè)量只需要2名人員就可以。網(wǎng)絡(luò)RTK在道路放線方面的應(yīng)用，應(yīng)注意以下方面問題：(1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及校正參數(shù)要正確，這直接影響測(cè)量精度；(2)測(cè)量時(shí)，注意觀察RTK狀態(tài)，不符合測(cè)量條件的狀態(tài)下其結(jié)果誤差比較大。4 RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用前景隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大力發(fā)展，中、高等級(jí)公路建設(shè)迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，這就對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，公路設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品的支

18、持；建立勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測(cè)設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級(jí)公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。目前公路勘測(cè)中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備，但常規(guī)測(cè)量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強(qiáng)度大，且效率低，大大延長了設(shè)計(jì)周期?？睖y(cè)技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造，在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制原理，為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測(cè)量提供依據(jù)；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網(wǎng)，這僅僅是GPS在公路測(cè)量中應(yīng)用的初級(jí)階段，其實(shí)，公路測(cè)量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK技術(shù)的應(yīng)用之中，RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用，有著非常廣闊的前景。5 結(jié)語 RTK 技術(shù)是GPS 定位技術(shù)的一個(gè)新的里程牌,它不僅具有GPS 技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn),而且可以實(shí)時(shí)獲得觀測(cè)結(jié)果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS 新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于載波相位測(cè)量,差分處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技術(shù)以及移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合,使RTK 在精度、速度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到了完滿的結(jié)合,并使得RTK定位技術(shù)大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)等級(jí)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了重大改變，極大地提高了